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有关资料显示,氮化硅Si 3 N 4陶瓷基片弹性模量为320GPa,抗弯强度为920MPa,热膨胀系数仅为3.2×10 -6 /°C,介电常数为9.4,具有硬度大、强度高热膨胀系数小、耐腐蚀性高等优势。由于Si 3 N 4 陶瓷晶体结构复杂,对声子散射较大,因此早期研究认为其热导率低,如Si 3 N 4 轴承球、结构件等产品热导率只有15W/(m·K)~30W/(m·K)。但是,通过研究发现,Si 3 N 4 材料热导率低的主要原因与晶格内缺陷、杂质等有关,并预测其理论值最高可达320W/(m·K)。之后,在提高Si3N4材料亩档热导率方面出现了大量的研究,通过工艺优化,氮化硅陶瓷热导率不断提高,目前已突破177W/(m·K)。
此外,与其他陶瓷材料相比,Si 3 N 4 陶瓷材料具有明显优势,尤其是在高温条件下氮化硅陶瓷材料表现出的耐高温性能、对金属的化学惰性、超高的硬度和断裂韧性等力学性能。Si 3 N 4 陶瓷的抗弯强度、断裂韧埋耐闭性都可达到AlN的2倍以上, 特别是在材料可靠性上,Si 3 N 4 陶瓷基板具有其他材料无法比拟的优势。
而氮化铝AlN,是兼具良好的导热性和良好的电绝缘性能少数材料之一,氮化铝具备以下优点:
(1)氮化铝的导热率较高,室温时理论导热率最高可达320W/(m·K),是氧化铝陶瓷的8~10倍,实际生产的热导率也可高达200W/(m·K),有利于LED中热量散发,提高LED性能;
(2)氮化铝线膨胀系数较小,理论值为4.6×10 -6 /K,与LED常用材料Si、GaAs的热膨胀系数相近,变化规律也与Si的热膨胀系数的规律相似。另外,氮化铝与GaN晶格相匹配。热匹配与晶格匹配有利于在大功率LED制备弯裂过程中芯片与基板的良好结合,这是高性能大功率LED的保障。
(3)氮化铝陶瓷的能隙宽度为6.2eV,绝缘性好,应用于大功率LED时不需要绝缘处理,简化了工艺。
(4)氮化铝为纤锌矿结构,以很强的共价键结合,所以具有高硬度和高强度,机械性能较好。另外,氮化铝具有较好的化学稳定性和耐高温性能,在空气氛围中温度达1000℃下可以保持稳定性,在真空中温度高达1400℃时稳定性较好,有利于在高温中烧结,且耐腐蚀性能满足后续工艺要求。
此外,与其他陶瓷材料相比,Si 3 N 4 陶瓷材料具有明显优势,尤其是在高温条件下氮化硅陶瓷材料表现出的耐高温性能、对金属的化学惰性、超高的硬度和断裂韧性等力学性能。Si 3 N 4 陶瓷的抗弯强度、断裂韧埋耐闭性都可达到AlN的2倍以上, 特别是在材料可靠性上,Si 3 N 4 陶瓷基板具有其他材料无法比拟的优势。
而氮化铝AlN,是兼具良好的导热性和良好的电绝缘性能少数材料之一,氮化铝具备以下优点:
(1)氮化铝的导热率较高,室温时理论导热率最高可达320W/(m·K),是氧化铝陶瓷的8~10倍,实际生产的热导率也可高达200W/(m·K),有利于LED中热量散发,提高LED性能;
(2)氮化铝线膨胀系数较小,理论值为4.6×10 -6 /K,与LED常用材料Si、GaAs的热膨胀系数相近,变化规律也与Si的热膨胀系数的规律相似。另外,氮化铝与GaN晶格相匹配。热匹配与晶格匹配有利于在大功率LED制备弯裂过程中芯片与基板的良好结合,这是高性能大功率LED的保障。
(3)氮化铝陶瓷的能隙宽度为6.2eV,绝缘性好,应用于大功率LED时不需要绝缘处理,简化了工艺。
(4)氮化铝为纤锌矿结构,以很强的共价键结合,所以具有高硬度和高强度,机械性能较好。另外,氮化铝具有较好的化学稳定性和耐高温性能,在空气氛围中温度达1000℃下可以保持稳定性,在真空中温度高达1400℃时稳定性较好,有利于在高温中烧结,且耐腐蚀性能满足后续工艺要求。
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